طراحی خلاقانه مهندسی چیست؟

مهندسان در حین کار مدام با مسائل حل نشده‌ای مواجه می‌شوند.

نوپانا-عرفان كسرايي: دنیای مهندسی به شکل کاملا محسوسی با دنیای علوم پایه متفاوت است. کار مهندس از نظر روش‌شناسی علم، بر خلاف دانشمند که به جنبه‌های تئوریک علم می‌پردازد و سعی می‌کند پدیده‌های طبیعت را تفسیر کند، مبتنی بر کاربرد تکنیکی است. یک فیزیک‌دان می‌خواهد توضیح دهد که چرا مس رسانای الکتریکی است و یا اینکه رنگین کمان تشکیل می‌شود. اما مهندس می‌خواهد پلی بر روی دریاچه بسازد یا بدنه خودرو را به شکلی طراحی کند که در مصرف سوخت صرفه جویی شود. درست است که کار مهندس معطوف به کاربرد تکنیکی علوم است اما در واقع این طور نیست که مهندس فقط تئوری‌های دانشمندان علوم نظری را به کار ببرد. از قضا مهندس در حین کار مدام با مسائل حل نشده‌ای مواجه می‌شود. این مسائل اگرچه طبیعتی تقریباً تئوریک دارند اما هر مهندس طراحی برای حل آنها از روش تخمین یا آزمایش و امتحان و ابطال و یا حذف خطا استفاده می‌کند.

تفاوت علوم با مهندسی و طراحی

در مسائل طراحی بر خلاف مسائل علمی ‌یا ریاضی جواب منحصر به فرد و به عبارتی تنها جواب صحیح وجود ندارد و ممکن است هر مساله طیف عظیمی ‌از جواب داشته باشد که بنا به ملاحظات گوناگون، برخی از این جواب‌ها به بعضی دیگر ترجیح داده می‌شوند. یک جواب ممکن است برای امروز یک جواب خوب باشد و در آینده یک جواب ضعیف به شمار رود. یک دانشمند در اغلب موارد یک دانشمند ، یک مهندس نیست اما یک مهندس خواه ناخواه باید پایه قوی در علوم محض داشته باشد.

طراحی چیست؟

اصطلاح „طراحی“ در بسیاری از مسائل مهندسی به معنی طرح اشیاء و سیستم‌هایی با ماهیت مکانیکی به کار برده می‌شود. سیستم‌هایی مانند ماشینها، فراورده‌ها، سازه‌ها وسایل و ابزار و نظایر آن. بدیهی است که برای طراحی باید از ریاضیات، علم مواد و متالورژی و ... استفاده کرد. مثلا در طراحی خرپا‌ها که در سازه‌های مهندسی عمران از اهمیت فراوان برخوردار هستند نه تنها فرم طراحی مهم است بلکه یک مهندس باید بداند که پل را باید از چوب بسازد یا فولاد. حتی ملاحظاتی مانند قیمت تمام شده یا در دسترس بودن متریال سازه نیز در تصمیم نهایی مهندس طراح تاثیر دارد.مثلا اگر سفارش طراحی یک دهانه ۳۰ متری است مهندس می‌تواند از فرم خرپاها و (Howe) استفاده کند و پل چوبی بسازد اما اگر بخواهد از فولاد استفاده کند خرپای فینک (Fink) یا قوسی یا حتی پرات (Pratt) شاید انتخاب‌های خوبی باشند. در بعضی دیگر از رشته ‌های مهندسی، اصطلاح طراحی با عبارت‌های دیگری مانند «مهندسی سیستمها»  یا «حتی نظریه تصمیم گیری کاربردی» جایگزین شده است.

اگرچه که در این مورد اخیر، به کارگیری کلمه «کاربردی» به دنبال اصطلاح طراحی، اضافی به نظر می‌رسد. چرا که طراحی، مفهومی‌است که اساسا ماهیت کاربردی دارد. باز می‌گردیم به پرسش اصلی این بخش یعنی طراحی چیست؟ طراحی را در معنای مصطلح آن در مهندسی شاید بتوان این گونه تعریف کرد: فرایندی که در آن اصول علمی‌و ابزار مهندسی، ریاضی، کامپیوتر، نقشه کشی و … به کار گرفته می‌شود تا طرحی تولید شود که در صورت اجرا یکی از نیازهای بشری را برطرف کند.

ملاحظات طراحی و راه حل بهنیه

عموما گفته می‌شود که مهندسان، راه حل بهینه یک مساله را پیدا می‌کنند. همان گونه که گفته شد در طراحی مهندسی، تنها یک پاسخ وجود ندارد. انحنای بدنه یک خودرو را می‌توان به ده‌ها و صدها شکل مختلف طراحی کرد. تشخیص اینکه کدام طرح از بقیه طرح‌ها بهتر است یا کارامدی بیشتری دارد صرفا بر اساس محدودیت‌های تکنیکی  صورت نمی‌گیرد. ملاحظاتی نظیر زیبایی یا قیمت تمام شده و نظایر آن نیز در خروجی یک طرح، نقش بازی می‌کند. اما فارغ از اینها یک مهندس طراح باید از خود بپرسد که آیا طرح پاسخگوی نیاز خواهد بود یا خیر.

آیا سیستم قابل اعتمادی طراحی کرده ایم؟ آیا طرح توان رقابت با مدل‌های مشابه را دارد؟ آیا به لحاظ ساخت و مصرف توجیه اقتصادی دارد؟ آیا تعمیر و نگهداری آن به سهولت میسر است؟ آیا از فروش یا کاربرد آن سودی حاصل می‌شود؟  یک طرح در مهندسی معمولا باید پیش از ساخت یک نمونه طرح اولیه یا همان (Prototype) هم داشته باشد و در صورت لزوم بتوان این پیش‌نمونه را پیش از ساخت در ابعاد واقعی، در آزمایشگاه مورد بررسی قرار داد. این مساله به خصوص درباره طراحی سازه‌های پیچیده از اهمیت فراوان برخوردار است. مثلا هواپیمایی را در نظر بگیرید که از هزاران قطعه و صدها قسمت جزئی تر تشکیل شده است. اگر حتی یک قسمت بسیار جزئی از هواپیما به طور ناقص ساخته یا نصب‌شده باشد، نتیجه کار مصیبت بار خواهد بود.

یک گزارش سازمان هواپیمایی کشوری ایالات متحده امریکا (FAA) درباره بسیاری از نواقص و معایب ساختمانی یا مکانیکی حاکی از آن است که خرابی‌های مزبور در نتیجه یک یا چند ترسیم ناقص و یا نصب ناقص و ناشیانه قطعات ایجاد شده‌اند. در ملاحظات طراحی باید بدترین حالت‌هایی که ممکن است سازه در تمامی‌شرایط با آن مواجه شود در نظر گرفته شود. یک طراح هواپیما نباید هواپیما را تنها برای پرواز در شرایط آب و هوای خوب و پرواز با دید کامل (VFR) بسازد. هر سازه‌ای از هواپیما گرفته تا خودرو و ساختمان، دیر یا زود در معرض برخی شرایط غیرمترقبه مانند مسیر پرواز بد آب و هوا و یا طوفان و رعد و برق و آتش سوزی و سیل و زلزله قرار خواهد گرفت و طراح باید از پیش، حساب کار همه چیز را کرده باشد.

(همچنین بخوانید:دانشجویان هندی استارت‌آپی می‌شوند)